Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Помеченная диаграмма потенциала действия . Как видно выше, реполяризация происходит сразу после пика потенциала действия, когда ионы K + устремляются из клетки.

В нейробиологии , реполяризация относится к изменению мембранного потенциала , который возвращает его отрицательное значение только после деполяризации фазы потенциала действия , которая изменила мембранный потенциал положительного значения. Фаза реполяризации обычно возвращает мембранный потенциал обратно к мембранному потенциалу покоя . Истечение ионов калия (K + ) приводит к фазе падения потенциала действия. Ионы проходят через избирательность фильтр на К + каналам поры.

Реполяризация обычно возникает в результате движения положительно заряженных ионов K + из клетки. Фаза реполяризации потенциала действия первоначально приводит к гиперполяризации , достижению мембранного потенциала, называемого постгиперполяризацией , который является более отрицательным, чем потенциал покоя. Реполяризация обычно занимает несколько миллисекунд. [1]

Реполяризация - это стадия потенциала действия, при которой клетка испытывает снижение напряжения из-за оттока ионов калия (K + ) вдоль ее электрохимического градиента. Эта фаза наступает после того, как ячейка достигает максимального напряжения в результате деполяризации. После реполяризации клетка гиперполяризуется по мере достижения мембранного потенциала покоя (-70 мВ) {в нейроне -70 мВ}. Ионы натрия (Na + ) и калия внутри и снаружи клетки перемещаются натриево-калиевым насосом, гарантируя, что электрохимическое равновесие остается недостигнутым, чтобы позволить клетке поддерживать состояние мембранного потенциала покоя. [2]На графике потенциала действия участок гиперполяризации выглядит как нисходящий провал, который проходит ниже линии мембранного потенциала покоя. В этой постгиперполяризации (нисходящий провал) клетка находится под более отрицательным потенциалом, чем в состоянии покоя (около -80 мВ) из-за медленной инактивации управляемых напряжением каналов выпрямителя с задержкой K + , которые являются первичными каналами K +, связанными с реполяризацией. [3] При таких низких напряжениях, все напряжений закрытого типа K + каналы близко, и возвращаются к клеткам потенциала покоя в течение нескольких миллисекунд. Говорят, что клетка, которая переживает реполяризацию, находится в абсолютном рефрактерном периоде. Другое напряжение закрытого типа K +каналы, которые способствуют реполяризации, включают каналы A-типа и K + каналы, активированные Ca 2+ . [4] Белковые транспортные молекулы ответственны за выход Na + из клетки и за K + в клетку, чтобы восстановить исходную концентрацию ионов в состоянии покоя. [5]

Отклонения от нормальной реполяризации [ править ]

Блокировки реполяризации могут возникать из-за модификаций потенциалзависимых каналов K + . Это демонстрируется селективной блокировкой потенциал-управляемых K + -каналов с помощью антагониста тетраэтиламмония (TEA). Блокируя канал, реполяризация эффективно останавливается. [6] Дендротоксины являются еще одним примером селективных фармакологических блокаторов потенциал-управляемых K + -каналов. Отсутствие реполяризации означает, что нейрон остается под высоким напряжением, что замедляет деинактивацию натриевых каналов до точки, при которой не хватает внутреннего тока Na + для деполяризации и поддержания возбуждения. [7]

Механизмы с управляющим напряжением K + [ править ]

Структура потенциалзависимого K + канала представляет собой структуру шести трансмембранных спиралей вдоль липидного бислоя . Селективность этого канала к напряжению обеспечивается четырьмя из этих трансмембранных доменов (S1 – S4) - доменом, чувствительным к напряжению. Два других домена (S5, S6) образуют поры, через которые проходят ионы. [8] Активация и деактивация регулируемого по напряжению канала K + запускается конформационными изменениями в области измерения напряжения. В частности, домен S4 перемещается так, что активирует и деактивирует поры. Во время активации происходит движение S4 наружу, вызывая более плотное соединение пор VSD. Деактивация характеризуется движением внутрь S4. [9]

Переключение от деполяризации к реполяризации зависит от кинетических механизмов как потенциалзависимых K +, так и Na + каналов . Хотя оба канала Na + и K + с синхронизацией по напряжению активируются примерно при одинаковом напряжении (-50 мВ ), каналы Na + имеют более быструю кинетику и активируются / деактивируются намного быстрее. [10] Реполяризация происходит, когда приток Na + уменьшается (каналы деактивируются), а отток ионов K + увеличивается, когда его каналы открываются. [11]Сниженная проводимость ионов натрия и повышенная проводимость ионов калия заставляют мембранный потенциал клетки очень быстро возвращаться к потенциалу мембраны покоя и преодолевать его, что вызывает гиперполяризацию из-за медленного закрытия калиевых каналов, позволяя большему количеству калия проходить через мембранный потенциал покоя был достигнут. [10]

Тип K + каналов в реполяризации [ править ]

Вслед за потенциалом действия, типично генерируемым притоком Na + через управляемые напряжением каналы Na + , следует период реполяризации, в котором каналы Na + инактивируются, а каналы K + активируются. Дальнейшее изучение K + каналов показывает, что существует четыре типа, которые влияют на реполяризацию клеточной мембраны, чтобы восстановить потенциал покоя. Четыре типа - это K v 1, K v 2, K v 3 и K v 4. Канал K v 1 в первую очередь влияет на реполяризацию аксона. Канал K v 2 обычно активируется медленнее. Kv 4 канала обычно активируются быстро. Когда каналы K v 2 и K v 4 заблокированы, потенциал действия предсказуемо расширяется. [12] Каналы K v 3 открываются при более положительном мембранном потенциале и дезактивируются в 10 раз быстрее, чем другие каналы K v . Эти свойства позволяют производить высокочастотную активацию, которая требуется нейронам млекопитающих . Области с плотными каналами K v 3 включают неокортекс , базальные ганглии , ствол мозга и гиппокамп, поскольку эти области создают микросекундные потенциалы действия, требующие быстрой реполяризации. [13]

Используя данные фиксации напряжения из экспериментов на нейронах грызунов, каналы K v 4 связаны с проводимостью первичной реполяризации после периода деполяризации нейрона. Когда канал K v 4 заблокирован, потенциал действия становится более широким, что приводит к увеличению периода реполяризации, что не позволяет нейрону снова активироваться. Скорость реполяризации тесно регулирует количество ионов Ca 2+ , поступающих в клетку. Когда большое количество ионов Ca 2+ попадает в клетку из-за продолжительных периодов реполяризации, нейрон может погибнуть, что приведет к развитию инсульта или судорог. [12]

Установлено, что каналы K v 1 вносят вклад в реполяризацию пирамидных нейронов , вероятно, связанную с активацией каналов K v 4. Было обнаружено, что каналы K v 2 не вносят вклад в скорость реполяризации, поскольку блокирование этих каналов не приводит к изменениям в скорости реполяризации нейронов. [12]

Реполяризация клеток предсердий [ править ]

Другой тип K + -канала, который помогает опосредовать реполяризацию в предсердиях человека, - это SK-канал , который является K + -каналом, который активируется увеличением концентрации Ca 2+ . «Канал SK» обозначает активированный кальцием калиевый канал с небольшой проводимостью, и эти каналы находятся в сердце. Каналы SK специфически действуют в правом предсердии сердца, и не было обнаружено, что они являются функционально важными в желудочках сердца человека. Каналы активны во время реполяризации, а также во время фазы диастолы предсердий, когда ток претерпевает гиперполяризацию. [14] В частности, эти каналы активируются, когда Ca 2+ связывается скальмодулин (CaM), потому что N-доля CaM взаимодействует с линкером канала S4 / S5, вызывая конформационные изменения. [15] Когда эти каналы K + активируются, ионы K + устремляются из клетки во время пика ее потенциала действия, вызывая реполяризацию клетки, поскольку приток ионов Ca 2+ превышает приток ионов K + , постоянно покидающих клетку. . [16]

Реполяризация желудочков [ править ]

В человеческих желудочках , переполяризацию можно увидеть на ЭКГ ( электрокардиограмма ) через J-волну (Osborn), сегмент ST , зубец Т и U волну . Из-за сложности сердца, в частности того, как оно состоит из трех слоев клеток ( эндокарда , миокарда и эпикарда ), существует множество физиологических изменений, влияющих на реполяризацию, которые также влияют на эти волны. [17] Помимо изменений в структуре сердца, которые влияют на реполяризацию, существует множество фармацевтических препаратов, которые имеют такой же эффект.

Кроме того, реполяризация также изменяется в зависимости от местоположения и продолжительности исходного потенциала действия . В потенциалах действия, стимулированных на эпикарде, было обнаружено, что длительность потенциала действия должна составлять 40-60 мсек, чтобы дать нормальную прямую Т-волну, тогда как длительность 20-40 мсек дает изоэлектрическую волну и все, что угодно. менее 20 мсек приведет к отрицательному зубцу T. [18]

Ранняя реполяризация - это явление, которое можно увидеть на записях ЭКГ клеток желудочка, где имеется повышенный сегмент ST, также известный как зубец J. Зубец J является заметным, когда в эпикарде имеется больший выходящий ток по сравнению с эндокардом. [19] Исторически это считалось нормальным вариантом сердечного ритма, но недавние исследования показывают, что это связано с повышенным риском остановки сердца. Ранняя реполяризация происходит в основном у мужчин и связана с большим током калия, вызванным гормоном тестостероном . Кроме того, хотя риск неизвестен, у афроамериканцев более вероятно ранняя реполяризация. [20]

Синдром ранней реполяризации [ править ]

Как упоминалось в предыдущем разделе, ранняя реполяризация известна как появление на ЭКГ повышенных волновых сегментов. Недавние исследования показали связь между ранней реполяризацией и внезапной сердечной смертью , которая определяется как синдром ранней реполяризации. Состояние проявляется как фибрилляцией желудочков без других структурных дефектов сердца, так и ранним паттерном деполяризации, который можно увидеть на ЭКГ. [21]

Первопричина синдрома ранней реполяризации связана с нарушениями электропроводности ионных каналов, что может быть связано с генетическими факторами. К нарушениям синдрома относятся колебания тока натрия, калия и кальция. Изменения этих токов могут привести к перекрытию областей миокарда, одновременно испытывающих различные фазы потенциала действия, что приводит к риску фибрилляции желудочков и аритмий . [22]

После постановки диагноза большинству людей не требуется немедленное вмешательство, поскольку ранняя реполяризация ЭКГ не указывает на наличие опасной для жизни неотложной медицинской помощи. [23] От трех до тринадцати процентов здоровых людей наблюдалась ранняя реполяризация на ЭКГ. [21] Однако пациентам, у которых наблюдается ранняя реполяризация после переживания синдрома ранней реполяризации (переживания внезапной сердечной смерти), настоятельно рекомендуется имплантировать кардиовертер-дефибриллятор (ИКД). [23] Кроме того, пациент может быть более предрасположен к фибрилляции предсердий, если у него есть синдром ранней реполяризации и он моложе шестидесяти лет. [21]

Нарушение реполяризации сердца с синдромом обструктивного апноэ во сне [ править ]

Пациенты, страдающие обструктивным апноэ во сне, могут испытывать нарушение реполяризации сердца, что значительно увеличивает заболеваемость и смертность от этого состояния. Пациенты, особенно на больших высотах, гораздо более восприимчивы к нарушениям реполяризации. Это можно несколько смягчить с помощью лекарств, таких как ацетазоламид , но они не обеспечивают достаточной защиты. Известно, что ацетазоламид и аналогичные препараты способны улучшить оксигенацию и апноэ во сне у пациентов, находящихся на больших высотах, но преимущества препарата наблюдаются только при временном путешествии на высоте, а не для людей, которые остаются на большой высоте более длительное время. время. [24]

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Hardin J, Bertoni GP, Kleinsmith LJ (декабрь 2010 г.). Мир клетки Беккера . Издательство Бенджамин-Каммингс. п. 389. ISBN. 978-0-321-71602-6.
  2. ^ Chrysafides SM, Sharma S (2019). Физиология, потенциал покоя . StatPearls . StatPearls Publishing. PMID 30855922 . 
  3. ^ Ленц TL, Erulkar SD (2018). «Нервная система» . Британская энциклопедия .
  4. ^ Первс D, Августин ГДж, Фицпэтрик D, Katz LC, LaMantia А.С., Макнэмэра JO, Уильямс С.М., ред. (2001). Неврология (2-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Assoc. ISBN 0-87893-742-0.
  5. ^ «Возможности действия» . Britannica Academic . Большой энциклопедический словарь Inc . Проверено 26 сентября 2019 .
  6. ^ Whishaw IQ, Колб B (2015). Основы нейропсихологии человека . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Издательство Worth.
  7. ^ Hirokawa N, Windhorst U (2008). «Блок деполяризации». Энциклопедия неврологии . С. 943–944. DOI : 10.1007 / 978-3-540-29678-2_1453 . ISBN 978-3-540-23735-8.
  8. ^ Куан Q, Purhonen Р, Эбер Н (октябрь 2015). «Строение калиевых каналов» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 72 (19): 3677–93. DOI : 10.1007 / s00018-015-1948-5 . PMC 4565861 . PMID 26070303 .  
  9. ^ Jensen М.О., Jogini V, Borhani DW, Леффлера AE, Дрор RO, Шоу DE (апрель 2012). «Механизм стробирования напряжения в калиевых каналах». Наука . 336 (6078): 229–33. Bibcode : 2012Sci ... 336..229J . DOI : 10.1126 / science.1216533 . PMID 22499946 . S2CID 2340286 .  
  10. ^ а б Бирн Дж. «Глава вторая: ионные механизмы и возможности действия» . Neuroscience Online . Медицинская школа Техасского университета.
  11. ^ Стридтер GF (2016). Нейробиология: функциональный подход . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
  12. ^ a b c Pathak D, Guan D, Foehring RC (май 2016 г.). «Роль определенных типов каналов K v в реполяризации потенциала действия в генетически идентифицированных подклассах пирамидных нейронов в неокортексе мышей» . Журнал нейрофизиологии . 115 (5): 2317–29. DOI : 10,1152 / jn.01028.2015 . PMC 4922457 . PMID 26864770 .  
  13. ↑ Kaczmarek LK, Zhang Y (октябрь 2017 г.). « Каналы K v 3: факторы, способствующие быстрой активации, высвобождению нейротрансмиттеров и выносливости нейронов» . Физиологические обзоры . 97 (4): 1431–1468. DOI : 10.1152 / Physrev.00002.2017 . PMC 6151494 . PMID 28904001 .  
  14. ^ Skibsbye L, Poulet C, Diness JG, Bentzen BH, Yuan L, Kappert U, et al. (Июль 2014 г.). «Каналы калия, активированные кальцием (SK) с малой проводимостью, способствуют реполяризации потенциала действия в предсердиях человека» . Сердечно-сосудистые исследования . 103 (1): 156–67. DOI : 10.1093 / CVR / cvu121 . PMID 24817686 . 
  15. ↑ Lee CH, MacKinnon R (май 2018). «Механизм активации человеческого комплекса SK-кальмодулин канал выяснен крио-ЭМ структурами» . Наука . 360 (6388): 508–513. Bibcode : 2018Sci ... 360..508L . DOI : 10.1126 / science.aas9466 . PMC 6241251 . PMID 29724949 .  
  16. ^ Гудман С. "Сердечно-сосудистая система" . Медицинские учебные пособия по физиологии . Кафедра физиологии Канзасского университета . Проверено 25 сентября 2019 .
  17. ^ Ян GX, Lankipalli RS, Берк JF, Musco S, Kowey PR (август 2003). «Компоненты реполяризации желудочков на электрокардиограмме: клеточные основы и клиническое значение». Журнал Американского колледжа кардиологии . 42 (3): 401–9. DOI : 10.1016 / s0735-1097 (03) 00713-7 . PMID 12906963 . 
  18. Перейти ↑ Higuchi T, Nakaya Y (август 1984). «Полярность зубца T, связанная с процессом реполяризации эпикардиальных и эндокардиальных поверхностей желудочков». Американский журнал сердца . 108 (2): 290–5. DOI : 10.1016 / 0002-8703 (84) 90614-8 . PMID 6464965 . 
  19. ^ Али А, Батт Н, Шейх А.С. (август 2015 г.). «Синдром ранней реполяризации: причина внезапной сердечной смерти» . Всемирный кардиологический журнал . 7 (8): 466–75. DOI : 10,4330 / wjc.v7.i8.466 . PMC 4549780 . PMID 26322186 .  
  20. ^ Zakka, Патрик. «Синдром ранней реполяризации» . Американский колледж кардиологии . Проверено 15 октября 2019 .
  21. ^ а б в Хасэгава И., Ватанабэ Х., Иками Й., Оцуки С., Иидзима К., Ягихара Н. и др. (Апрель 2019 г.). «Ранняя реполяризация и риск одиночной фибрилляции предсердий». Журнал сердечно-сосудистой электрофизиологии . 30 (4): 565–568. DOI : 10.1111 / jce.13848 . PMID 30661277 . S2CID 58641364 .  
  22. ^ Rawshani, доктор Араз (август 2019). «Синдром ранней реполяризации и паттерна: от критериев ЭКГ к лечению» . Клиническая интерпретация ЭКГ .
  23. ^ a b Бурье Ф, Денис А., Ченити Дж., Лам А., Влахос К., Такигава М. и др. (2018). «Синдром ранней реполяризации: диагностический и терапевтический подход» . Границы сердечно-сосудистой медицины . 5 : 169. DOI : 10,3389 / fcvm.2018.00169 . PMC 6278243 . PMID 30542653 .  
  24. ^ Латшанг Т.Д., Кауфманн Б., Нуссбаумер-Охснер Ю., Ульрих С., Фуриан М., Колер М. и др. (Сентябрь 2016 г.). «Пациенты с обструктивным апноэ во сне имеют нарушения реполяризации сердца при путешествии на высоту: рандомизированное плацебо-контролируемое испытание ацетазоламида» . Спать . 39 (9): 1631–7. DOI : 10,5665 / sleep.6080 . PMC 4989251 . PMID 27306264 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • «Реполяризация (Анимация)» . Департамент психологии, Ганноверский колледж . Проверено 18 мая 2013 года .